复旦大学：《有机化学A》课程教学资源（学生课件）富勒烯

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黄 涛 汪颖博 单晓蕊

富勒烯的发现 长期以来,人们只知碳的同素异形体有三种:金刖石、石墨和无定形碳。 直到155年发视了巴基球,199年、1≌年又相继发现了巴基管(碳纳米管) 和巴基葱、碳有了第四种同素异形体——富勒烯。 克罗托( H W. Kroto) 斯莫利(RE.Smal!y) 科尔( R. FCurl.Jr) 由于三位科学家在富勒烯研宪中的龙出贡献,他们共同荣获19%年的诺贝尔化学奖

长期以来，人们只知碳的同素异形体有三种：金刚石、石墨和无定形碳。 直到1985年发现了巴基球，1991年、1992年又相继发现了巴基管（碳纳米管） 和巴基葱、碳有了第四种同素异形体——富勒烯。 克罗托（H.W.Kroto） 斯莫利（R.E.Smally） 科尔（R.F.Curl.Jr ） 由于三位科学家在富勒烯研究中的杰出贡献，他们共同荣获1996年的诺贝尔化学奖

富勒烯的结构&命名 在富勒的启发下,克罗托、斯莫利和科尔三人推测出了C。的球形结拘,给 Cs取名为 Backmix- otengullenene,即巴克明斯特富勒烯,简称知 allene即富勒烯。后 经红外光谱,紫外可见光谱,电镜扫描,粉末和晶体射线衍射分析等方法对C和 Cno进行结构分析,证实了克罗托等人的推理是完全正确的—C60是球笼,C7o是 橄揽球笼状。 C60分子结构模型 Cn0分子结构模型

在富勒的启发下，克罗托、斯莫利和科尔三人推测出了C60的球形结构，给 C60取名为Buckmin-sterfullerene，即巴克明斯特富勒烯，简称Fullerene即富勒烯。后 经红外光谱，紫外可见光谱，电镜扫描，粉末和晶体X射线衍射分析等方法对C60和 C70进行结构分析，证实了克罗托等人的推理是完全正确的——C60是球笼状， C70是 橄揽球笼状。 C60分子结构模型 C70分子结构模型

[60]富勒烯的结构与性质 12个五元环、20个六元环一 →6-6键 对称性:n 1.40±0.015A 低能量的LUMO轨道 电子亲合势:265eV 6-5键 循环伏安法:1-6个电子 45±0.015A 具有光敏活性 缺电子烯烃

1.400.015Å 1.450.015Å • 12个五元环、20个六元环 • 对称性: Ih pyracyclene unit • 低能量的 LUMO 轨道 • 电子亲合势: 2.65 eV • 循环伏安法: 1-6个电子 • 具有光敏活性 • 缺电子烯烃 6-6 键 6-5 键 [60]富勒烯的结构与性质

H Hydrogenation HH H Me

Hydrogenation H H

Oxidation +(H2((CH Jo+ CH3COOH

O Oxidation

C6oF60, C60 Br24 etc. CsoRn etc ree Radical Reacton alogenatio

C60F60, C60Br24 etc. Free Radical Reaction C60Rn etc. Halogenation

Nucleophilic Additi H +h Nu Nu

Nu H Nucleophilic Addition

—①

Diels-Alder Reaction

N R 1,3-Dipolar Cycloaddition [2+2] Cycloaddition Cl Cl [2+1] Cycloaddition